淺析柱鏡光柵立體成像技術(shù)研究

彭麗霞 劉坤宏

（四川省宜賓普什集團(tuán)3D有限公司，四川 宜賓 644007）

柱鏡光柵的應(yīng)用范圍越來越廣泛，得到了眾多客戶的認(rèn)可與好評(píng)，柱鏡光柵圖像處理軟件需要推陳出新，應(yīng)推出更多的柱鏡光柵立體圖像處理與制作方法。在觀看相同的物體時(shí)，人眼瞳距的可視范圍及距離所呈現(xiàn)的視覺差形成了不同層次的立體成像。這種視差反映到大腦中便產(chǎn)生了空間立體感[1-2]。在柱鏡光柵背面進(jìn)行UV膠印的新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用使立體印刷大大降低成本，從根本上打破了傳統(tǒng)印刷品平面、靜態(tài)而單一的局面，使靜態(tài)的二維圖像變成栩栩如生的立體印刷[3-4]。人們無(wú)須佩戴眼鏡就可觀察到栩栩如生的三維立體效果，為印刷工藝增添了新的內(nèi)涵與活力，為廣大消費(fèi)者及供應(yīng)商提供了更多的選擇。立體印刷廣泛用于商品包裝、商標(biāo)、廣告圖標(biāo)、藝術(shù)裝飾、文化用品、旅游紀(jì)念品、紀(jì)念門票、博物展覽館、明信片、賀卡以及各種名片等，并將在服裝、飲料、煙酒、化妝品和藥品等產(chǎn)品的防偽標(biāo)識(shí)上發(fā)揮重要作用，是一個(gè)應(yīng)用廣泛、利潤(rùn)豐厚、前景廣闊且發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)的高科技項(xiàng)目。

1 軟件、材料、設(shè)備

軟件：Photoshop圖形圖像處理軟件、Push3D光柵跑圖軟件、Magic 3D濾鏡插件。

材料：0.6 mm/155LPI/PET光柵、尺寸1 040 mm×740 mm×0.60 mm。

設(shè)備：德國(guó)曼羅蘭700印刷機(jī)、智MK1060CS全自動(dòng)模切機(jī)、AP-21650糊盒機(jī)。

2 柱鏡光柵成像原理

柱鏡光柵成像是基于雙眼在觀察物體時(shí)產(chǎn)生的雙眼視差經(jīng)過大腦處理后產(chǎn)生感覺，進(jìn)而形成人的立體視覺的[5]。雙眼看不同位置的物體A、B和C時(shí)，人眼的瞳距對(duì)相應(yīng)的物體產(chǎn)生近大遠(yuǎn)小的視覺成像原理。如圖1所示。

圖1 柱鏡光柵成像原理示意

觀看相同的物體時(shí)，人眼瞳距的可視范圍及距離所呈現(xiàn)的視覺差形成了不同層次立體成像。設(shè)定3個(gè)酒瓶分別排列在同一垂直線上，人眼在A、B和C的位置上觀看酒瓶。人眼對(duì)不同位置的酒瓶形成了視覺差異，A點(diǎn)觀察到的酒瓶向左排列，C點(diǎn)觀察到的酒瓶向右排列，B點(diǎn)觀察到的酒瓶在正中間，這時(shí)酒瓶全部疊加在一起，形成立體視覺。如圖2所示。

圖2 酒瓶成像原理示意

3 流程設(shè)計(jì)

基于立體成像原理，利用Photoshop、Push3D等軟件對(duì)原圖像進(jìn)行處理，CTP分色制版。具有“壓縮”和“隔離”的作用[6-7]的圖像與許多結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能幾乎一樣的小圓柱透鏡光柵板相匹配后，通過膠版UV立體印刷和柱鏡光柵折射分像系統(tǒng)，使圖像反映到大腦中，便產(chǎn)生了遠(yuǎn)近空間的立體感。具體試驗(yàn)流程如圖3所示。

圖3 柱透鏡光柵立體成像工藝流程

4 立體制作方法

4.1 原稿立體圖案的選擇

原稿立體圖像主要選擇的是外形圓潤(rùn)、層次豐富，顏色艷麗、明快，色彩飽和、通透，圖像外形縱向景深感強(qiáng)的圖像，這樣做出來的立體圖像銜接度高，視覺互動(dòng)性強(qiáng)，受歡迎程度較高。原始圖檔尺寸精度達(dá)到300 dpi以上，顏色為CMYK或RGB；圖檔格式主要是PSD、TIF和PDF等，其中PSD分層圖檔為最佳，印刷光柵厚度不得超過0.9 mm。如今通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)平面圖像采用圖形圖像處理軟件進(jìn)行處理，就能獲得層次豐富的圖像。

4.2 采用Photoshop進(jìn)行分層

將整幅圖像的各個(gè)部分根據(jù)視覺的需要進(jìn)行分析，確定大體的遠(yuǎn)近關(guān)系及色彩的明暗程度，通過Photoshop把圖案單獨(dú)分開到單個(gè)的圖層中，再對(duì)單個(gè)物體的各個(gè)部位進(jìn)行修補(bǔ)，獲得完整的圖案。然后經(jīng)過Push3D等軟件處理，使整個(gè)圖像具有立體效果。具體方法如下。

4.2.1 分圖/補(bǔ)圖

選擇一幅具有立體空間構(gòu)圖且顏色豐富的圖片，通過圖像色彩優(yōu)化處理，設(shè)定為RGB或CMYK模式，按近大遠(yuǎn)小的呈現(xiàn)效果進(jìn)行近景、中景和遠(yuǎn)景3個(gè)大方向的分層處理，從視覺感觀上形成物體之間的立體空間關(guān)系。

如圖4所示，在圖像中的魚身上標(biāo)注有1、2、3、4、5和6的數(shù)值，按照近大遠(yuǎn)小的視覺原理，最大的魚是人眼最先看到的景象，因此在制作圖時(shí)把它作為最前面的近景圖魚1號(hào)，相應(yīng)背景海水就是最后面的遠(yuǎn)景，以此類推。

圖4 原稿立體圖前后景象確立

根據(jù)分層處理的結(jié)果，對(duì)所標(biāo)示的數(shù)字代碼通過Photoshop圖形圖像處理軟件的套索工具、魔棒工具和鋼筆工具對(duì)每一個(gè)圖像新建圖層進(jìn)行細(xì)分處理。根據(jù)人的視覺可視范圍在移動(dòng)過程中會(huì)看到前景圖、中景圖和遠(yuǎn)景圖后面的空白區(qū)域，需要對(duì)圖像補(bǔ)償模擬3D真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行還原，形成立體空間感。

4.2.2 立體處理

圖像分辨率的設(shè)定。3D立體成像是根據(jù)柱鏡光柵線數(shù)計(jì)算出柵距，確定圖像分辨率大、小的設(shè)定，柱鏡線數(shù)設(shè)定為100 LPI高精度匹配柱鏡光柵的光柵條，確保圖像與光柵條在同一柵距內(nèi)，做圖張數(shù)為8 張，最終計(jì)算出圖像分辨率為800 LPI。

設(shè)定景深值。如圖4所示，根據(jù)實(shí)際影像，按近大遠(yuǎn)小的呈現(xiàn)效果進(jìn)行近景、中景和遠(yuǎn)景3個(gè)大方向的立體景深設(shè)置，多層細(xì)分，以像素為單位左移為正、右移為負(fù)，設(shè)定景深值，魚1景深值為1 mm，魚2景深值為0.8 mm，魚3景深值為0.5 mm，魚4景深值為-0.5 mm，魚5景深值為-0.7 mm，魚6景深值為-1 mm，背景海水景深值為-1.5 mm。

位移及柵格化合并圖層。設(shè)定單位為像素，對(duì)選定的圖層按設(shè)定好的景深值進(jìn)行復(fù)制、移動(dòng)7次，形成適合于柱鏡光柵條且能夠聚焦的8張不同位置的圖像，固定位移量景深值。將8張不同位置的圖像分別進(jìn)行柵格化，最終形成垂直于柱鏡光柵的圖像組合，對(duì)合并后的圖層進(jìn)行顯示就得到魚1的立體圖像，如圖5所示。

圖5 柵格化、合成圖像

其他需做立體圖層的按此方式進(jìn)行處理，0.6 mm/155 LPI光柵與此制作方式取得相匹配的立體合成圖像，如圖6所示。

圖6 立體合成圖像

綜上可得，柱鏡光柵圖像大、小分辨率計(jì)算方法：光柵圖像分辨率 = 光柵線數(shù)÷2.54×跑圖張數(shù)。制作過程中凸出的前景向左位移為正值，中景不位移為0、后退的背景向右移為負(fù)值。

4.3 光柵圖像的輸出及對(duì)位測(cè)試

菲林對(duì)位即以CTF（菲林輸出）的方式對(duì)光柵印刷品進(jìn)行檢測(cè)。首先通過光照對(duì)位臺(tái)把光柵材料完全壓合在有測(cè)試圖像的菲林之上測(cè)試。其次對(duì)光柵材料進(jìn)行輕微移動(dòng)，最終達(dá)到光柵條紋與對(duì)位菲林條紋完全垂直重合。當(dāng)圖像對(duì)位之后人眼能看到的整條圖像是全白或全黑，即該光柵的數(shù)據(jù)測(cè)試準(zhǔn)確，如圖7所示。

圖7 菲林對(duì)位測(cè)試光柵數(shù)據(jù)

4.4 光柵印刷

立體印刷是利用柱鏡光柵材料的成像特性再現(xiàn)立體圖像的，柱鏡光柵材料由平行排列的凸透鏡組合而成，具有透鏡成像的特點(diǎn)。如果要達(dá)到最佳的觀察立體圖像，就要使印刷的圖像盡量以每一個(gè)柱鏡光柵的光軸為中心平均分布。在立體印刷過程中，為了制作出優(yōu)質(zhì)光柵印刷品，采用里印方式，并應(yīng)用套印精度高的五色的印刷機(jī)。由于柱鏡光柵材料的放大作用，立體印刷的套印必須一次性套印，誤差應(yīng)小于0.01 mm。印版的線數(shù)與圖檔的線數(shù)應(yīng)保持一致，當(dāng)線數(shù)匹配相差太大時(shí)，印刷的質(zhì)量無(wú)法保證。當(dāng)線數(shù)的視覺寬度小于單個(gè)圖檔的寬度時(shí)，印刷品出現(xiàn)柱狀光暈現(xiàn)象。

由此可以得出，柱鏡光柵材料作為承印物，不僅承印材料的套印精度要比平面印刷高，而且光柵材料在加工過程中的分切精度要求也很高。光柵立體印刷是一項(xiàng)綜合了光柵材料、立體圖像處理和印刷等多方面的系統(tǒng)工程，宜賓五糧液集團(tuán)普什3D有限公司熊建、周立權(quán)、鄒耀邦等人[8]研發(fā)了一種上、下對(duì)應(yīng)的雙層微透鏡陣列薄膜，該膜能夠?qū)崿F(xiàn) 360°觀看立體效果。

5 結(jié)語(yǔ)

該文采用Photoshop圖形圖像處理軟件對(duì)平面圖像進(jìn)行圖像分辨率設(shè)定、分層和補(bǔ)圖，導(dǎo)入Push3D專業(yè)光柵跑圖軟件進(jìn)行位移、柵格化合成并完成圖像立體效果處理，最后通過CTP輸出PS版，與相匹配的光柵進(jìn)行UV立體平版印刷。它能使平面印刷圖像呈現(xiàn)立體效果、多維動(dòng)畫、縮放功效和異變圖等奇特的視覺感受，打破了傳統(tǒng)印刷品平面、靜態(tài)且單一的局面，為印刷工藝增添了新的內(nèi)涵和活力，對(duì)印刷技術(shù)有新的指導(dǎo)意義。